JP2008021057A

JP2008021057A - 温度監視装置

Info

Publication number: JP2008021057A
Application number: JP2006191160A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Hiramatsu; 央平松
Original assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2006-07-12
Filing date: 2006-07-12
Publication date: 2008-01-31

Abstract

【課題】２つの熱電対を使用した温度監視に、種々の故障・異常発生状況に応じて適切な熱電対を選択した温度監視ができる。
【解決手段】切替スイッチ２３は一対の熱電対１２、１３で検出する温度検出信号を切り替えて出力する。監視部２８は熱電対の一方異常、両方異常、差分異常を検出する。切替制御部２７は手動／自動選択用スイッチ１７が手動選択モードにあるときには温度選択用スイッチ１８の操作に応じて切替スイッチ２３を切り替え、自動モードにあって一方異常のときにタイマ３０の確認時間後に他方の熱電対に切り替える。切替スイッチ２４は両方異常で一次遅れ回路３２の出力から保持回路３１の出力に切り替える。切替スイッチ２５は両方異常を検出したときからタイマ３３の時間後にバーンアウト信号に切り替える。
【選択図】図１

Description

本発明は、焼却炉などのプラント設備の温度監視装置に係り、特に複数の温度センサを使用した温度監視装置に関する。

ガスタービン式燃焼設備などの各種の燃焼設備では、信頼性の高い温度監視制御が要求され、このための温度監視制御装置が種々提案されている。

温度センサとしては、熱電対が多用されており、熱電対で発生する電圧信号は温度変換器によって、例えば、ＤＣ４〜２０ｍＡのアナログ信号に変換され、この信号がメータやプログラマブルラに伝送され、温度監視さらには燃焼系の制御が行われる。

熱電対を使用した温度監視制御装置において、熱電対にその寿命や断線などの故障が発生した場合、温度変換器としてはバーンアウト上限（２０ｍＡ出力）、もしくはバーンアウト下限（４ｍＡ出力）になり、このままの温度検出値に従った温度監視制御はプラント設備に制御異常を起こすなど、大きな影響をあたえてしまう。

この対策として、温度検出部位に複数の熱電対を設ける方式も提案されている（例えば、特許文献１参照）。この方式は、図５に要部構成を示すように、複数の熱電対１の温接点を燃焼器の部位に配置し、他方の接点をジョイント２内で隣接する熱電対の逆極性の素線に順次接続した熱電対の直列接続とすることで、複数の部位の温度を同時監視できるようにしている。
特開平８−１３５４７０号公報

前記のように、１つの熱電対による温度監視制御では、熱電対が断線や異常動作した場合、プラント（焼却炉など）の監視制御に大きな影響を及ぼす。また、特許文献１のように、複数の熱電対を直列接続する場合も同様の問題がある。また、熱電対をその寿命がくる前に交換する場合も、温度検出信号が一旦途絶えるため、同様の問題が起きる。

これらの問題を解消する方式として、２つの熱電対を設け、一方の熱電対が故障・異常動作した場合や交換する場合に他方の熱電対に切り替える二重化方式が考えられる。

しかし、この二重化方式においても、２つの熱電対のうち、故障発生等を起こした熱電対を単に他方の熱電対に切り替えるのみでは、両方の熱電対が続けて故障した場合など、種々の故障・異常発生状況に対応できない。

また、３つ以上の熱電対を並列的に設け、健全な熱電対に切り替える方式とする場合には、熱電対の必要個数が増えるし、健全な熱電対の検知と切り替えが複雑になる。

本発明の目的は、２つの熱電対を使用した温度監視において、種々の故障・異常発生状況に応じて適切な熱電対を選択した温度監視ができる温度監視装置を提供することにある。

本発明は、前記の課題を解決するため、以下の構成としたことを特徴とする。

（１）温度監視対象設備の温度検出部位に一対の熱電対を設け、一方の熱電対が故障・異常動作した場合や交換する場合に他方の熱電対に切り替える二重化方式にした温度監視装置において、
前記一対の熱電対で検出する温度検出信号を切り替えて出力する第１の切替スイッチと、
前記一対の熱電対のうち、前記第１の切替スイッチで切り替えた熱電対の異常（一方異常）または両熱電対の異常（両方異常）を検出できる監視手段と、
前記監視手段が一方異常を検出したときに警報出力を得る手段と、
前記一対の熱電対の温度検出信号を、手動選択モードと自動選択モードに切り替え操作できる手動／自動選択用スイッチと、
前記一対の熱電対の一方を手動で選択操作するための温度選択用スイッチと、
前記手動／自動選択用スイッチが手動選択モードにあるときには前記温度選択用スイッチの操作に応じて前記第１の切替スイッチを切り替え、自動モードにあって前記監視手段が一方異常を検出したときに一定の確認時間後に前記第１の切替スイッチを他方の熱電対に切り替える切替制御手段と、
前記第１の切替スイッチの出力を一次遅れで出力する一次遅れ手段と、
前記第１の切替スイッチの出力を保持して出力できる保持手段と、
前記監視手段が両方異常を検出したときに前記一次遅れ手段の出力から前記保持手段の出力に切り替えて出力する第２の切替スイッチと、
前記監視手段が両方異常を検出したときから一定時間後に前記第２の切替スイッチの出力からバーンアウト信号に切り替えて出力する第３の切替スイッチと、
を備えたことを特徴とする。

（２）前記一対の熱電対の温度検出信号の平均値を求める平均値演算手段と、
前記監視手段が異常を検出していないことを条件に、前記第３の切替スイッチの出力から前記平均値演算手段の出力に切り替える平均値選択用スイッチとを備えたことを特徴とする。

（３）前記監視手段が前記一対の熱電対の温度検出信号の差分が異常に大きいことを検出したときに警報出力を得る差分警報手段を備えたことを特徴とする。

以上のとおり、本発明によれば、種々の故障・異常発生状況に応じて適切な熱電対を選択した温度監視ができる。具体的には、以下の効果がある。

・コントローラ側による熱電対の切替処理が不要となる。

・熱電対を交換する際、交換する熱電対を予備とすれば設備に影響なく交換ができる。

・一方の熱電対の異常発生では熱電対の切り替えと警報を得ることができる。

・熱電対に故障・異常が発生する前の検出信号は大きな振動を伴うため、２つ目の熱電対の異常時はタイマー時間で温度出力信号を保持することにより断線する前まで温度監視対象の制御が可能とする。また、両方異常が継続したときには振動を伴わないバーンアウト上下限に切り替えできる。

・一対の熱電対の検出信号の差分を監視することにより予備側の熱電対の異常の監視ができる。

・一対の熱電対の検出信号の平均値を表示でき、温度検出の精度を高めた監視制御ができる。

図１は、本発明の温度監視装置の要部構成を示す。温度監視対象としての焼却炉１１には、その温度監視部位に常用／予備とする２つの熱電対１２，１３を設ける。これら一対の熱電対から並列的に引き出された信号を制御盤に取り込む。

制御盤は、温度変換器１４とコントローラ１５によって構成する。温度変換器１４は、熱電対１２，１３のそれぞれの電圧信号の正常／異常などの監視状況、および外部スイッチＳＷの操作信号に応じて、温度検出信号の選択や切り替え、警報出力を得る。

コントローラ１５は、例えば、プログラマブルコントローラで構成され、温度変換器１４から出力される温度変換信号（ＤＣ４〜２０ｍＡ）を温度検出信号として入力するほか、警報信号や熱電対の切替信号を入力し、これら信号を基に焼却炉１１の燃料調節などの制御指令を得る。

図２は、温度変換器１４のパネル面構成を示し、少なくとも、熱電対１２，１３別の温度表示器１６と、自動／手動のモード選択用スイッチ（ＳＷ）１７と、手動による温度選択用スイッチ１８および両熱電対の平均値出力選択用スイッチ１９を設ける。温度表示器１６は、赤色ＬＥＤによるデジタル表示方式とし、異常発生時は黄色で温度を表示し、バーンアウト時は赤色でＢＵＲＮＯＵＴと表示する構成とする。

図１および図２で示す温度監視装置における温度変換器は、主に以下の機能をもつ。

（１）熱電対のうち、一方を常用、他方を予備として温度検出をしておき、断線発生などによる異常検出で、常用から予備に切替える。熱電対の常用選択は変換器のスイッチ１７，１８で行なう。また、異常検出などの信号により切替可能とする。さらに、現在、どちらの熱電対が選択されているかの切替状態信号の外部出力をもつ。

（２）温度検出に使用中の熱電対に異常が発生した場合、他方の熱電対に切り替える。異常発生時は異常前の温度出力信号をタイマで一定時間保持しておく。両方の熱電対に異常発生した場合は上限／下限のバーンアウト信号を出力する。

（３）温度検出出力は一次遅れ機能を設け、遅れ時間設定可能とする。ただし信号異常を検出をする場合は、一次遅れのない入力信号を使用する。

（４）平均温度演算機能を設け、検出温度を平均温度にするか選択した熱電対の検出温度にするかの切り替え機能を設ける。

（５）平均温度を使用している場合、互いの熱電対の温度差を監視し差が異常に大きい場合は警報出力を得る。ただし、どちらの熱電対が異常となったかの判定機能は持たない。

（６）温度表示器１６は、一対のデジタル表示器で構成し、２つの熱電対の検出温度を同時表示を可能とする。

図３は、温度変換器１４の回路構成を示し、図１または図２の回路要素と同一のものは同じ符号を付して示す。なお、同図では、ハードウエア構成で示すが、このうちの論理回路要素および演算回路要素はコントローラ１５によるソフトウエア構成に置換し、アナログ信号になる温度検出信号をディジタル信号に変換してディジタル処理を行うこともできる。以下、図３に従って本実施形態の温度変換動作を詳細に説明する。

ＤＣ／ＤＣ変換回路２１，２２は、それぞれ２つの熱電対１２，１３が発生する電圧信号を適当なレベルの電圧信号に増幅する。切替スイッチ２３〜２６は、一対のアナログ信号を入力し、このアナログ信号を外部から与えられるオン・オフ切替信号に応じて切り替えて出力する。

切替スイッチ２３は、ＤＣ／ＤＣ変換回路２１，２２を通した熱電対１２，１３の信号を切替えて出力する。このための切替制御部２７は、自動／手動のモード選択用スイッチ１７、手動による温度選択用スイッチ１８の操作および熱電対異常検出の有無によって決定し、この決定出力で切替スイッチ２３の切替状態を保持する。さらに、切替状態の保持がどちらの熱電対が選択されているかを切替状態信号として出力する。

監視部２８は、両熱電対１２，１３の電圧信号を監視し、その一方の異常、両方の異常、および両方の差分が異常に大きいか否かを監視する。一方異常は、対象とする熱電対が温度検出出力が異常レベルになること、さらに異常レベルが一定時間継続すること、などによって検出できる。両方異常は、上記の一方異常が両方の熱電対に共に現れること、上下逆方向で現れることなどによって検出できる。差分異常は、両熱電対の差の絶対値が一定レベル以上になることで検出できる。

監視部２８は、切替制御部２７の切替出力を基に、現在選択されている熱電対出力の異常（一方異常）を検出したとき、または両熱電対の差分異常を検出したとき、警報器２９を動作させるとともに外部（コントローラ１５）に警報出力を通知する。さらに、タイマ３０で一定の確認時間をもって異常検出信号を得、この異常検出信号で切替制御部２７が他方の熱電対に切替える。

監視部２８は、両方異常を検出したとき、保持回路３２に保持指令を発生し、保持回路３２には異常発生直前の温度検出信号を保持させる。さらに、切替スイッチ２４によって、一次遅れ回路３２に得る一次遅れ温度検出信号から保持回路３１の出力に切り替え、これを温度検出信号として出力する。さらに、監視部２８による両方異常検出がタイマ３３で設定する時間継続した場合、切替スイッチ２５を切り替え、温度検出信号に代えてバーンアウト信号を出力する。

平均演算部３４は、両熱電対の検出信号の平均値演算をし、これを一次遅れ回路３５を通して切替スイッチ２６の一方の入力とする。平均値出力選択用スイッチ１９が操作されて切替スイッチ２６を切り替えたとき、温度検出信号に代えて、平均値の出力を得る。

切替スイッチ２６からの出力は表示器１６の表示信号とされると共に、電圧／電流変換器３６によって電流信号に変換され、ＤＣ４〜２０ｍＡの伝送信号を出力する。一次遅れ回路３２、３５は、外部設定で遅れ時間を変更可能とする。

以上の構成による温度変換動作例を図４の熱電対出力（温度）波形例を参照して説明する。同図中、Ａ，Ｂは熱電対１２，１３による温度検出信号を表し、モード選択用スイッチ１７でＢ熱電対を選択、Ａ熱電対は予備と選択された場合、時刻ｔ１では、熱電対Ａ，Ｂが共に正常で、Ｂ熱電対を選択しているのでＢ熱電対の検出温度が一次遅れ回路３２によって時刻ｔ２までの一次遅れでＤＣ４〜２０ｍＡが出力される。この時点では両熱電対とも正常であるので温度選択スイッチ１８により、他方の熱伝対Ａに切替えることもできる。

時刻ｔ３では、Ａ熱電対が正常で、Ｂ熱電対に異常が発生した場合であり、時刻ｔ４に一次遅れで出力される。この時刻ｔ３の時点で、監視部２８がＢ熱電対の異常検出（一方異常検出）し、警報機２９によって警報を発報する。

タイマ３０は、時刻ｔ４までの確認動作でＢ熱電対異常の検出出力を得る。この出力を異常検出信号とすると共に、切替制御部２７によって切替スイッチ２３をＡ熱電対側に切替える。

時刻ｔ５および時刻ｔ６では、Ａ熱電対が正常で、Ｂ熱電対がバーンアウトした場合であり、この状態では、Ａ熱電対による温度検出を続ける。

時刻ｔ７では、Ｂ熱電対がバーンアウトしたままで、Ａ熱電対にも異常が発生した場合であり、時刻ｔ８に一次遅れで出力される。この両方異常を監視部２８が検出した時刻ｔ７で、保持部３１がＡ熱電対が異常になる直前の検出出力を保持し、切替スイッチ２４の切り替えで保持出力（一定値）を検出出力とする。なお、この両方異常では、異常検出による切替スイッチ２３の切り替えは行わないが、警報出力は発生する。

時刻ｔ９では、Ｂ熱電対がバーンアウトしたままで、Ａ熱電対もバーンアウトした場合であり、タイマ３３による遅れで切替スイッチ２５を切り替え、Ａ熱電対もバーンアウトとしたバーンアウト信号を出力する。

なお、モード選択用スイッチ１７でＡ熱電対を自動選択した場合も同様の動作になる。また、平均演算部３４を使用した平均値を監視している期間は、いずれかの異常信号検出にも応答しない。

本発明の実施形態を示す温度監視装置の要部構成図。実施形態における温度変換器のパネル面構成図。実施形態における温度変換器の回路構成図。実施形態における熱電対と温度制御の波形例。従来の温度検出器の例。

符号の説明

１１焼却炉
１２、１３熱電対
１４温度変換器
１５コントローラ
１６温度表示器
１７自動／手動モード選択用スイッチ
１８手動による温度選択用スイッチ
１９平均値出力選択用スイッチ
２１、２２直流／直流変換器
２３〜２６切替スイッチ
２７切替制御部
２８監視部
２９警報器
３１保持回路
３２、３５一次遅れ回路
３４平均値演算部
３６電圧／電流変換器

Claims

温度監視対象設備の温度検出部位に一対の熱電対を設け、一方の熱電対が故障・異常動作した場合や交換する場合に他方の熱電対に切り替える二重化方式にした温度監視装置において、
前記一対の熱電対で検出する温度検出信号を切り替えて出力する第１の切替スイッチと、
前記一対の熱電対のうち、前記第１の切替スイッチで切り替えた熱電対の異常（一方異常）または両熱電対の異常（両方異常）を検出できる監視手段と、
前記監視手段が一方異常を検出したときに警報出力を得る手段と、
前記一対の熱電対の温度検出信号を、手動選択モードと自動選択モードに切り替え操作できる手動／自動選択用スイッチと、
前記一対の熱電対の一方を手動で選択操作するための温度選択用スイッチと、
前記手動／自動選択用スイッチが手動選択モードにあるときには前記温度選択用スイッチの操作に応じて前記第１の切替スイッチを切り替え、自動モードにあって前記監視手段が一方異常を検出したときに一定の確認時間後に前記第１の切替スイッチを他方の熱電対に切り替える切替制御手段と、
前記第１の切替スイッチの出力を一次遅れで出力する一次遅れ手段と、
前記第１の切替スイッチの出力を保持して出力できる保持手段と、
前記監視手段が両方異常を検出したときに前記一次遅れ手段の出力から前記保持手段の出力に切り替えて出力する第２の切替スイッチと、
前記監視手段が両方異常を検出したときから一定時間後に前記第２の切替スイッチの出力からバーンアウト信号に切り替えて出力する第３の切替スイッチと、
を備えたことを特徴とする温度監視装置。
前記一対の熱電対の温度検出信号の平均値を求める平均値演算手段と、
前記監視手段が異常を検出していないことを条件に、前記第３の切替スイッチの出力から前記平均値演算手段の出力に切り替える平均値選択用スイッチとを備えたことを特徴とする請求項１に記載の温度監視装置。
前記監視手段が前記一対の熱電対の温度検出信号の差分が異常に大きいことを検出したときに警報出力を得る差分警報手段を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の温度監視装置。